Liquid Argon TPC Signal Formation, Signal Processing and Hit Reconstruction
本文描述了费米实验室为ArgoNeuT和MicroBooNE实验开发的重建链的早期阶段。这些实验研究发生在液氩时间投影室中的加速器中微子相互作用。重建在这些相互作用中产生的粒子的性质需要微物理过程的知识，影响电离电子的产生和传输到读出系统。开发了导线信号去卷积技术，以将导线信号转换为用于命中重建的标准形式，以去除电子线路中的伪影并去除相干噪声。
2017-03-11 physics.ins-det
Towards a liquid Argon TPC without evacuation: filling of a 6 m^3 vessel with argon gas from air to ppm impurities concentration through flushing
在本文中，我们提出了一个成功的实验测试填充体积为6米$^3$与氩气，从正常的环境空气和减少杂质含量下降到几个百万分之一（ppm）的氧当量。通过测量Ar气体的闪烁光的慢分量直接监测该污染水平，该慢分量对直接影响氩闪烁的杂质的{ \it all}源敏感。
2010-09-22 physics.ins-det
Feasibility of high-voltage systems for a very long drift in liquid argon TPCs
本文综述了在液态氩TPC中产生漂移电场的高压系统的设计。在正在进行的实验中，系统能够近似。在长达1.5 m的长度上，对于0.5 - 1 kV/cm的漂移场，可实现100 kV。介绍了两种采用不同方法的探测器：（1）ICARUS-T600探测器，其系统由外部电源、高压馈电管和电阻式电压降能器组成;（2）ArDM-1t探测器，其在液氩体积内具有低温Greinacher高压倍增器。对于大规模的液态氩TPC，可能需要提供2MV的系统来获得大约1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 20米。通过外推现有的设计，这样一个系统的可行性进行评估。
2010-09-24 physics.ins-det
Liquid Argon TPC Trigger Development with SBND
短基线近探测器（SBND）是一个112吨有效质量的液态氩时间投影室（LArTPC），将于2020年在费米实验室的助推中微子束线上开始运行。它的主要物理目标包括中微子-氩相互作用截面的高统计测量和寻找无菌中微子振荡，作为组成费米实验室短基线中微子（SBN）计划的三个LArTPC的一部分。此外，SBND还作为未来LArTPC探测器的研发平台，例如深部地下中微子实验（DUNE）所采用的探测器。SBND旨在解决的DUNE的技术挑战之一是利用TPC信号信息的有效自触发。这种能力将使在DUNE远探测器中搜索罕见的过程成为可能，例如来自潜在的银河系超新星爆发或质子衰变的中微子相互作用。这些会议记录描述了SBND TPC读出系统和正在进行的研发工作，以开发和展示有效的基于TPC的自触发。
2019-10-18 physics.ins-det
High-Pressure Gaseous Argon TPC for the DUNE Near Detector
DUNE近探测器设计由多个组件组成，每个组件的设计都是为了对振荡分析的通量和中微子相互作用系统不确定性产生互补约束。其中一个子探测器是磁化高压氩气体TPC（HPgTPC），它将在低密度探测器中提供细粒度的跟踪，使用与DUNE远探测器相同的靶核。由于其粒子探测的低动量阈值，HPgTPC将能够限制振荡分析中最关键的--也是最不容易理解的--不确定性之一：中微子-氩相互作用中的核效应。这些会议记录描述了HPgTPC的当前设计、物理目标和预期性能，以及费米实验室正在进行的研发工作，其中正在建造一个测试台TPC，并将在高达10个大气压的压力下运行。
2019-10-14 physics.ins-det
Free electron lifetime achievements in Liquid Argon Imaging TPC
液氩成像TPC（LAr-TPC）技术成功的一个关键特征是对电负性杂质的工业净化，特别是氧和氮残留物，这些杂质必须通过过滤和再循环液氩连续保持在非常低的水平。改进的纯化技术已应用于INFN-LNL实验室的120升LAr-TPC测试设施。利用μ介子径迹测量了液态氩中的自由电子寿命。在这里观察到的短路径长度（30厘米）是由在海平面上的宇宙射线μ子的特定电离作为漂移距离的函数的观测的高精度补偿。自由电子寿命为（21.4+7.3-4.3）ms，即在90% C. L.已经在稳定条件下观察了数周，对应于约15 ppt（万亿分之一）的残余氧当量。在500 V/cm下，自由电子速度为1.5 m/ms。在LAr-TPC中，超过15 ms的自由电子寿命对应于例如在5 m的漂移路径之后小于15%的衰减，从而为具有特别长的漂移距离的LAr-TPC的操作开辟了道路。
2010-02-02 physics.ins-det
Recent updates on the ArDM project: A Liquid Argon TPC for Dark Matter Detection
ArDM是新一代的WIMP探测器，它将同时测量液体氩的闪烁和电离产生的光和电荷。我们的目标是建造、表征和操作1吨液氩地下探测器。该项目依赖于将电离产生的电子从液体提取到检测器的气相中的可能性，以放大并用大型电子倍增器检测器读出。氩VUV闪烁光必须用波长移位器（例如四苯基丁二醇）转换，以便由具有双碱光电阴极的光电倍增管检测。本文介绍了基于LEM的电荷读出和光读出系统的研究与开发情况，以及首次在全尺寸探测器上进行的温、冷氩气光读出试验。
2008-10-24 physics.ins-det
Stable operation with gain of a double phase Liquid Argon LEM-TPC with a 1 mm thick segmented LEM
本文介绍了小型液氩大电子倍增器时间投影室（LAr LEM-TPC）的实验结果。这种探测器概念提供了一种能够进行电荷放大的3D跟踪和量热装置，适用于下一代中微子探测器，并可能直接用于暗物质搜索。在一个装有10 $\times$ 10 cm $^2$读出器的3 lt电离室的测试中，在三周的数据采集期间记录了宇宙μ子数据。最大增益达到6.5，液氩保持足够的纯度以确保20 cm的漂移（O（ppb）~O $_2$当量）。
2010-10-12 physics.ins-det
First Demonstration of Imaging Cosmic Muons in a Two-Phase Liquid Argon TPC using an EMCCD Camera and a THGEM
大型两相液氩时间投影室（LAr TPC）是未来长基线中微子实验的一个建议选择。这项研究说明了使用EMCCD相机捕获在两相LAr TPC采用THGEM的单宇宙事件引起的光的可行性。Andor iXon Ultra 897 EMCCD相机通过硼硅酸盐玻璃观察口安装在Liverpool两相LAr TPC上。相机成功地捕捉到了由宇宙事件引起的THGEM孔产生的二次闪烁光。对不同EMCCD增益的相机的光收集能力进行了评估。对于64的THGEM增益和1000的EMCCD增益，以6的平均信噪比捕获清晰图像。结合相机图像、PMT信号和THGEM电荷数据，对宇宙μ子直线径迹进行了初步的三维重建。重建的宇宙μ子轨道被用来确定THGEM增益和校准EMCCD图像的强度水平。
2015-07-23 physics.ins-det
Design and operation of LongBo: a 2 m long drift liquid argon TPC
本文报道了在液态氩纯度演示装置中的龙波时间投影室的设计和运行情况。该室具有2米长的漂移距离。用宇宙线μ子测量了液氩中电子的漂移寿命，在95%的置信水平下，寿命至少为14 ms。龙博配备前置放大器，安装在液氩检测器上。在144个通道中，128个通道由用分立电路制成的前置放大器读出，16个通道由ASIC前置放大器读出。对于离散通道，我们在350 V/cm的漂移场下测量到30的信噪比（S/N）。ASIC通道的实测信噪比是离散通道的1.4倍。
2015-05-13 physics.ins-det
New read-out electronics for ICARUS-T600 liquid Argon TPC. Description, simulation and tests of the new front-end and ADC system
ICARUS T600是一种主要用于中微子物理的液氩时间投影室（LAr-TPC）探测器，于2016-2017年在CERN进行了重大检修，其中还包括新设计的读出电子器件，考虑到其从2019年开始在费米实验室的短基线中微子（SBN）束上运行。新的更紧凑的电子设备显示出更有效地处理信号的能力，也在中间感应2线平面中，具有显著增加的信噪比（S/N），允许在该视图中也进行电荷测量。介绍了新的前端和模数转换（ADC）系统，以及在CERN用宇宙射线对50升液氩TPC进行的测试结果。
2018-05-10 physics.ins-det
Performance of cryogenic charge readout electronics with the ARGONTUBE LAr TPC
Argontube是一种液态氩时间投影室（TPC），电子漂移长度可达5米，配备有低温电荷敏感前置放大器。在这项工作中，我们提出了其性能的结果，包括新的低温电荷敏感前置放大器与以前使用的室温操作的电荷前置放大器的比较。
2014-10-30 hep-ex physics.ins-det
Cryogenic RPWELL: a novel charge-readout element for dual-phase argon TPCs
本研究首次实现低温RPWELL探测器在液氩饱和蒸气中运行，表征了其在90K、1.2bar条件下的电荷增益与抗放电稳定性，获得约17的最大稳定无放电增益，并展示了掺碳纳米管3D打印热塑性板的初步结果，为双相氩TPC提供了新型电荷读出方案。
2023-12-11 physics.ins-det
Impact of xenon doping in the scintillation light in a large liquid-argon TPC
氙掺杂液氩的使用是大型纯液氩TPC的一种有前途的替代方案。掺氙液氩不仅增强了光的产生，减轻了由于杂质而可能造成的抑制，而且增加了闪烁光的波长，扩大了有效的瑞利散射长度，改善了检测均匀性。ProtoDUNE Dual-Phase是一个300吨有效体积的LAr TPC，是深层地下中微子实验（DUNE）的原型，DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。Protodune Dual-Phase在欧洲核子研究中心用纯液态氩和氙掺杂液态氩收集宇宙μ介子数据一年多。将介绍闪烁光中氙的存在的影响及其与纯液氩数据的比较。这些结果是感兴趣的任何未来的大型LAr TPC。
2021-09-13 hep-ex physics.ins-det
The DarkSide-20k TPC and Underground Argon Cryogenic System
黑暗面-20 k（DS-20 k）将利用液态氩的物理和化学特性，直接寻找暗物质。TPC将采用具有许多新颖特性的紧凑集成设计，以实现地下氩气的\SI{20}{t}基准体积。地下氩（UAr）来自地下CO $_2$井，并耗尽放射性同位素$^{39}$ Ar，大大提高了实验对暗物质相互作用的灵敏度。DS-20 k的UAr的$\mathcal{O}$（\SI{100}{t}）的采购和运输成本很高，已经设计、建造和测试了专用的单闭环低温系统来处理有价值的UAr。我们提出了DS-20 k TPC设计和UAr低温系统的第一个结果的概述。
2022-11-21 hep-ex physics.ins-det
The WA105-3x1x1 m3 dual phase LAr-TPC demonstrator
双相液氩时间投影室（LAr TPC）是中微子探测的最新技术，这要归功于其卓越的3D跟踪和量热性能。它的主要特点是在氩气中进行电荷放大，从而提供优异的信噪比。在液态氩中产生的电子被提取到气相中。在这里，基于大型电子倍增器检测器的读出平面提供电荷的放大，然后将其收集到具有条带读出的阳极上。电荷放大使得能够构建具有可调增益、优异的电荷成像性能和对低能量事件的增加的灵敏度的完全同质的巨型LAr-TPC。WA 105合作项目采用分阶段的方法，正在建造一个活性体积为3x 1x 1 m3的双相LAr-TPC，不久将用宇宙射线进行测试。其建设和运营旨在测试该技术关键方面的可扩展解决方案：非抽空罐中的超高氩气纯度，几平方米规模的大面积双相电荷读出系统，以及可访问的冷前端电子设备。去年完成了TPC主机24立方米低温恒温器的一个里程碑。这是CERN建造的第一个基于膜技术的低温恒温器，因此也是实现即将到来的protoDUNE探测器的重要一步。3x 1x 1 m3双相LAr-TPC将在中描述，我们将报告最新的施工进度。
2016-11-17 physics.ins-det
Measurement of the drift field in the ARGONTUBE LAr TPC with 266~nm pulsed laser beams
ARGONTUBE是一种液氩时间投影室（LAr TPC），具有由Greinacher电压倍增器电路原位产生的漂移场。我们目前的结果上的漂移场分布的测量ARGONTUBE使用直电离轨道产生的强紫外激光束。我们的分析是基于一个简化的模型的充电的多级Greinacher电路来描述的电压场笼环。
2014-10-30 hep-ex physics.ins-det
Optical Readout of a Two Phase Liquid Argon TPC using CCD Camera and THGEMs
本文介绍了一个初步的研究，使用CCD成像的二次闪烁光厚气体电子倍增器（THGEMs）在两相LAr TPC。将Sony ICX 285 AL CCD芯片安装在40升两相LAr TPC的气相中的双THGEM上方，其中大部分照相机电子器件经由馈通定位在外部。Am-241源安装在可旋转的运动馈通上，允许将α源定位在场笼的内部或外部。为TPC设计而开发并集成的是一种具有LAr绝缘特性的新型高压馈通。此外，还测试了一系列网络摄像头作为内部检测器监控工具在低温下的操作。在测试的网络摄像头中，Microsoft HD-3000（型号：1456）网络摄像头在噪音和最低工作温度方面表现出色。在环境温度和大气压力为1 ppm的纯氩气中，THGEM增益约为1000，并且使用1毫秒曝光，CCD捕获单个α轨迹。CCD相机在两相低温模式下的成功操作也实现了。首次用10秒曝光拍摄到Am-241源在LAr中引起的二次闪烁光。
2014-02-20 physics.ins-det
TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
液氩时间投影室（LArTPC）中的光检测系统需要检测氩闪烁期间产生的128 nm光。大多数探测器使用四苯基丁二醇（TPB）将光波长转换到光电倍增管（PMT）可见的范围内。这些程序总结了涂覆有TPB基质的光导的特性，该基质在UV透射丙烯酸中比现有的LArTPC光收集系统更紧凑。
2013-07-30 hep-ex physics.ins-det
A Novel Manufacturing Process for Glass THGEMs and First Characterisation in an Optical Gaseous Argon TPC
本文详细介绍了一种新型的，正在申请专利，磨料加工制造工艺，用于形成亚毫米孔的THGEMs，与预期的应用在气相和双相TPC。磨料加工有利于非延展性基材，如玻璃或陶瓷。这种创新的制造工艺允许THGEM基板、电极以及孔的几何形状和图案具有前所未有的多功能性。因此，通过研磨加工生产的THGEM可以针对特定特性进行定制，例如：高刚度、低总厚度变化、辐射纯度、吸湿/除气和/或抗碳化性。本文特别关注由Schott Borofloat 33和熔融石英制成的三种玻璃基板THGEM（G-THGEM）。圆形和六边形的孔形状也进行了研究。G-THGEM电极由氧化铟锡（ITO）制成，电阻率为150 $Ω$ /Sq。所有的G-THGEM都在光学（EMCCD）读出GArTPC中进行了表征，并与传统制造的FR 4 THGEM进行了比较，分析了它们的充电和二次闪烁（S2）光产生行为。
2021-11-10 physics.ins-det
A New Concept for Kilotonne Scale Liquid Argon Time Projection Chambers
我们开发了一种新的方法，用于时间投影室（TPC）的概念，适用于部署在千吨级探测器，具有电荷读出系统的重建模糊性，和一个强大的TPC设计，降低高电压的风险，同时增加光收集系统的覆盖范围。这个新概念可以部署为深地下中微子实验（DUNE）中微子振荡实验中的远探测器模块。对于电荷读出系统，我们使用的电荷收集像素和相关的专用集成电路，目前正在开发的液氩（LAr）组件的DUNE近探测器设计，ArgonCube。此外，我们将TPC分成若干个或更短的漂移体积，降低了用于漂移电离电子的总电压，并使每个TPC的存储能量最小化。分割TPC还包含闪烁光，允许精确的触发定位和更广泛的光读出系统。此外，该设计还提供了更换或升级组件的可能性。与具有投影电荷读出的传统单片LArTPC相比，这些增强可以显著提高可靠性和灵敏度，特别是对于低能量信号。
2019-11-13 physics.ins-det
First test of a high voltage feedthrough for liquid Argon TPCs connected to a 300 kV power supply
未来超大型液态氩时间投影室需要100千伏以上的电压来产生漂移场。最精密的部件是馈通，其作用是通过低温恒温器的厚绝缘壁将非常高的电压安全地输送到阴极，而不会损害内部氩气的纯度。这需要一个通常为米长的馈通，并仔细设计为真空密封且具有小的热输入。此外，应仔细选择所有材料，以允许在低温条件下操作。此外，液氩中的电场应保持在阈值以下，以降低放电的风险。从设计和制造的角度来看，所有上述要求的组合代表了重大挑战。在本文中，我们报告的成功操作的馈通满足所有上述要求。提供了馈通设计和制造步骤的细节。可以在长时间内重复施加高达前所未有的-300 kV电压的非常高的电压。观察到不稳定性的来源，这是特定于用于测试的设置配置，而不是由于馈通本身。
2016-11-07 physics.ins-det
A study of electron recombination using highly ionizing particles in the ArgoNeuT Liquid Argon TPC
在ArgoNeuT探测器上研究了高电离终止质子和氘核中的电子复合。数据被很好地建模的Birks模型或修改形式的Box模型。相对于电场方向的轨道角上的复合的依赖性比Jaffe柱状理论和理论计算模拟的预测弱得多。
2013-06-07 hep-ex physics.ins-det
Design and operation of ARGONTUBE: a 5 m long drift liquid argon TPC
液态氩时间投影室（LArTPC）是未来大质量中微子观测站和质子衰变研究的主要探测器。在本文中，我们提出的设计和操作，以及实验结果ARGontube，LArTPC正在运行的AEC-LHEP，伯尔尼大学。该探测器的主要目标是证明在液氩中长距离电荷漂移的可行性。LArTPC技术的许多其他方面也进行了研究，如电压倍增器，以产生高电压的液氩（格雷纳赫电路），低温净化系统和应用的多光子电离液氩的紫外激光。第一次观测和研究了由宇宙μ子和紫外激光束脉冲引起的轨迹，漂移距离可达5米，这是迄今为止达到的最长距离。
2013-05-31 hep-ex physics.ins-det
Reconstruction for Liquid Argon TPC Neutrino Detectors Using Parallel Architectures
中微子是很少相互作用的粒子，因此识别它们需要产生大量数据的大型探测器。随着探测器尺寸的增加，以现有的计算能力处理这些数据变得越来越困难。在液氩时间投影室（TPC）中，来自中微子相互作用的带电粒子产生电离电子，这些电离电子在电场中向一系列收集线漂移，收集线上的信号用于重建相互作用。目前在费米实验室收集数据的MicroBooNE探测器有8000根电线，而计划中的未来实验（如DUNE）将有100倍以上的电线，这意味着重建事件所需的时间将相应增加。液氩TPC重构代码的现代化，包括矢量化、并行化和GPU代码可移植性，将有助于缓解这些挑战。跨多个实验使用的\texttt{LArSoft} \xspace框架内的液氩TPC命中查找算法已经被矢量化和并行化。这在Intel架构上的独立版本中将算法的速度提高了十倍。此新版本已重新并入\texttt{LArSoft} \xspace，因此可普遍使用。这些方法也可应用于其他低层的线信号重建算法，如反卷积。本文将介绍这种现代化的液态氩TPC线改造的应用和性能。
2020-07-09 hep-ex physics.ins-det
Optimizing the Hit Finding Algorithm for Liquid Argon TPC Neutrino Detectors Using Parallel Architectures
中微子是很少相互作用的粒子，因此识别它们需要产生大量数据的大型探测器。随着探测器尺寸的增加以达到其物理目标，利用现有的计算能力处理这些数据变得更加困难。液氩时间投影室（LArTPC）中微子实验预计将在未来十年内增长到比目前运行的实验多100倍的导线，LArTPC重建代码的现代化，包括数据和并行化，将有助于减轻这一挑战。LArTPC命中查找算法通过通用软件框架在多个实验中使用。在本文中，我们讨论了该算法的并行实现。使用独立设置，我们发现在Intel架构上，矢量化的速度提高了两倍，多线程的速度提高了30- 100倍。新版本已被重新纳入框架，以便可以用于实验。在串行执行时，集成版本比以前的版本快10倍左右，一旦启用并行化，就可以实现与独立程序相当的进一步加速。
2022-01-15 physics.ins-det
Scintillation light detection in the long-drift ProtoDUNE-DP liquid argon TPC
ProtoDUNE-DP是一个6x6 x6 m3的液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN的中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。DUNE是一个用于长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的双站点实验。这些探测器中的光信号对于提供精确的计时能力至关重要。在ProtoDUNE-DP中，宇宙μ子在LArTPC中产生的闪烁光由放置在距离相互作用点7 m处的光电倍增管（PMT）收集。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对一些液态氩特性的理解。
2021-06-29 hep-ex physics.ins-det
Xenon doping of Liquid Argon in ProtoDUNE Single Phase
深地下中微子实验（DUNE）将是下一代长基线中微子实验。远探测器设计为四个LAr-TPC（液氩时间投影室）模块的复合体，每个模块具有17 kt液氩。第一个远探测器技术的开发和验证是通过ProtoDUNE单相（ProtoDUNE-SP）进行的，ProtoDUNE-SP是CERN中微子平台上的770 t LAr-TPC。DUNE中至关重要的是光子探测系统，它将确保非束事件的触发-质子衰变，超新星中微子爆发和BSM搜索-并将改善中微子束事件的计时和量热。用氙掺杂液态氩是一种已知的技术，用于将氩发射的光（128 nm）偏移到更长的波长（178 nm）以便于其检测。在ProtodUNE-SP中进行了有史以来在LAr-TPC中进行的最大规模的氙气掺杂测试。从2020年2月到5月，注入的氙气量逐渐增加，以补偿由于空气污染造成的光损失。使用ProtoDUNE-SP光子探测系统（PDS）和运行前安装的专用装置研究了这种大型TPC的响应。利用第一种方法，可以研究相对于轨道位置的光收集效率，而利用第二种方法，可以区分氙气光和LAr光。即使在小的氙浓度（质量< 20 ppm）下，光移位机制也被证明是高效的，此外，它允许回收被污染物猝灭的光。光收集在远离检测平面处得到改善，增强了光子检测器沿漂移方向的响应均匀性，并证实了相对于128 nm光子，178 nm光子的瑞利散射长度更长。监测TPC的电荷收集，证明氙…
2021-10-30 physics.ins-det
Experimental observation of an extremely high electron lifetime with the ICARUS-T600 LAr-TPC
ICARUS T600探测器是经过多年研发活动实现的最大液态氩时间投影室（LAr-TPC），已在INFN Gran Sasso地下实验室安装并成功运行3年。最重要的问题之一是需要在液态氩中具有极低的残余电负性杂质含量，以便以非常小的衰减沿漂移路径传输由电离粒子产生的自由电子。氩再循环和纯化系统所采用的解决方案在氩纯度和超过15 ms的自由电子寿命方面实现了令人印象深刻的结果，相当于约万亿分之20的当量O2污染，这是涉及LAr-TPC的任何未来项目和更高探测器质量尺度的开发的里程碑。
2015-01-12 physics.ins-det
Q-Pix: Pixel-scale Signal Capture for Kiloton Liquid Argon TPC Detectors: Time-to-Charge Waveform Capture, Local Clocks, Dynamic Networks
提出了一种用于千吨级液态氩时间投影室（TPC）探测器的电离信号捕获和波形数字化方案。该方案基于像素级自触发“电荷积分/复位”模块、以不受约束的频率运行的本地时钟和动态建立的数据网络。该计划有利于详细捕获的波形的任意复杂性从一系列不同的时间间隔，其中每个对应于一个固定的电荷积分。基于本征$^{39}$ Ar衰变电流的绝对电荷自动校准过程是主要的益处。具有自引导网络生成功能的扁平电子架构可提供极高的抗单点故障能力。集成的光子探测，虽然高度投机，也可能是可能的。目标是优化发现潜力。很多事情都可能处于危险之中。
2018-09-26 hep-ex physics.ins-det
Testing of High Voltage Surge Protection Devices for Use in Liquid Argon TPC Detectors
本文介绍了高压压敏电阻和气体放电管压敏电阻作为液氩时间投影室探测器浪涌保护器件的性能。在空气（室温）和液态氩（90~K）中表征了每种类型器件的绝缘和箝位行为，并验证了它们在低温条件下在高电压和高能量浪涌下的鲁棒性。在150 kV高压放电过程中的保护液氩中的脆弱组件也被证明。对每件器械进行氩污染和发光效应测试，并将两者限制在预期不会对液态氩时间投影室功能产生显著影响的水平。这两种设备的研究被证明是适合于高压浪涌保护应用在低温探测器。
2014-06-23 hep-ex physics.ins-det
Gas contamination and mitigation in a 100 m$^3$ / 10 bar argon TPC with optical readout: a viability study
该研究评估了100 m$^3$/10 bar氩气TPC中气体污染的影响，提出使用穿孔分配器与新鲜气体注入策略，可在填充后一周内控制杂质，验证了ND-GAr光学读出的可行性。
2025-03-31 physics.ins-det
The ArgoNeuT experiment
ArgoNeuT实验有一个175升的液态氩（LAr）时间投影室（TPC），位于费米实验室NuMI中微子束中MINOS近探测器的上游。该项目是美国LAr TPC开发计划的一部分，并帮助启动了LAr TPC模拟和重建工具的开发。除了其发展目标外，ArgoNeuT还将在几个GeV能量范围内对Ar进行几次截面测量。累积了总计1.35 E20靶质子，数据分析正在进行中。我将回顾实验及其状态，以及数据分析的初步结果。
2011-10-03 hep-ex physics.ins-det
Liquid-Argon Time Projection Chambers in the U.S
液态氩时间投影室（LAr TPC）探测器非常适合研究中微子相互作用和探测表征中微子振荡的参数。电离粒子在纯化氩气中长距离漂移的能力以及在大量闪烁光下触发的能力允许优异的粒子识别和触发能力。本次演讲将讨论最近美国在大规模千吨级探测器的LAr TPC技术开发方面的工作，包括ArgoNeuT（氩中微子测试）测试束项目的细节，该项目是一个175升的LAr TPC暴露于费米实验室的NuMI中微子束线。
2009-10-19 hep-ex physics.ins-det
A Factor of Four Increase in Attenuation Length of Dipped Lightguides for Liquid Argon TPCs Through Improved Coating
本文介绍了在液氩时间投影室中制造探测闪烁光用光导的新技术。这些可以用于未来的中微子实验，如SBND和DUNE。这些新的结果建立在浸涂技术，以前报道，并在这里进行审查。该方法的改进表明，与过去的研究相比，光导的衰减长度提高了四倍。测得的衰减长度>2 m，与材料的体衰减长度一致。本文提供了机械浸渍系统的示意图。该系统显示出导致涂层具有< 10%的变化
2016-04-11 hep-ex physics.ins-det
Ionization signals from electrons and alpha-particles in mixtures of liquid Argon and Nitrogen - perspectives on protons for Gamma Resonant Nuclear Absorption applications
本文报道了在充有不同混合液氩氮的时间投影室（TPC）中，康普顿电子和α粒子产生的电离信号的详细研究。在氮气浓度高达15%和漂移电场在0-50 kV/cm范围内进行测量。用插值法对质子电离信号进行了预测。这项研究已经进行了鉴于可能使用的液体Ar-N2 TPC的氮吸收光谱，一个有前途的技术，用于安全和医疗应用的共振带中的伽马射线的检测。
2010-08-24 physics.ins-det
Anode-Coupled Readout for Light Collection in Liquid Argon TPCs
本文将讨论一种在地下超大型液氩时间投影室中读出光子探测器信号的新方法。在该设计中，来自光收集系统的信号经由电容板耦合到TPC线平面。然后，使用与电荷信息相同的电缆和电子器件读出该信号。这极大地有利于光收集：它消除了对独立读数的需要，大大降低了成本;它减少了TPC蒸汽区域中可能产生杂质的电缆数量;并且它减少了低温恒温器壁中可能导致热泄漏和潜在故障点的馈电线数量。我们目前的实验结果表明，一个LArTPC线平面的光子探测器信号的灵敏度。我们还模拟了1 $μ$ s的成形时间和2 MHz的采样率对这些信号在噪声的存在下的效果，并发现可以实现$\sim$ 30 ns的单个光电子定时分辨率。
2015-07-08 hep-ex physics.ins-det
Prototype Analog Front-end for Negative-ion Gas and Dual-phase Liquid-Ar TPCs
我们报告了一个多功能的模拟前端兼容的负离子$μ$的定向暗物质搜索，以及双相，下一代$\mathcal{O}$（10~kt）液氩TPC研究中微子振荡，核子衰变，和天体物理中微子的最新发展。尽管负离子和液氩TPC的操作条件非常不同（分别为室温\textit{vs.} $\sim$ 88~K操作），但读出电子器件的要求是相似的。两者都需要一个宽的动态范围高达1600 fC，小于2000- 5000 e $^-$噪声为80 fC的典型信号与检测器电容为$C_{\rm det} \approx 300$ ~ pF。为了满足这样的挑战性要求，一个原型ASIC是新设计的使用180纳米CMOS技术。在这里，我们报告的ASIC的性能，包括整形时间，动态范围和等效噪声电荷（ENC）的测量。我们还演示了低压负离子$μ$ -TPC上的ASIC的第一次操作。
2019-01-09 physics.ins-det
Demonstration of a Lightguide Detector for Liquid Argon TPCs
我们报告了使用丙烯酸光导检测器系统在液氩中进行光检测的演示。这为开发用于大型液态氩时间投影室的廉价、大面积光收集系统提供了机会。该指南是由丙烯酸，与TPB嵌入在一个表面涂层与匹配的折射率。我们研究的早期闪烁光产生的5.3兆电子伏α的响应。我们测量的涂层响应平均为7至8个PE，而理想的预期平均为10个PE。我们估计光沿光导条的衰减长度大于0.5 m。涂层的响应和衰减长度可以得到改善，但是，我们表明，这些结果已经足够触发在一个大型检测器。
2011-01-15 hep-ex physics.ins-det
Performance of a 250L liquid Argon TPC for sub-GeV charged particle identification
作为下一代中微子和核子衰变探测器研制计划的一部分，我们研制了基准质量为150 kg的液态氩TPC探测器。本文介绍了粒子识别性能的检测器使用定义良好的带电粒子（π介子，K介子和质子）的动量约800 MeV/ $c$在J-PARC K1.1 BR束线获得的研究。
2012-06-09 hep-ex physics.ins-det
A prototype liquid Argon Time Projection Chamber for the study of UV laser multi-photonic ionization
本文介绍了一个原型液体氩时间投影室（LAr TPC）的设计，实现和操作的检测器致力于开发一种新的在线监测和校准系统，利用紫外激光束。特别地，该系统旨在测量LAr中的初级电离的寿命，这又与LAr纯度水平相关。这种技术可以利用目前和下一代大质量LAr TPC的性能和校准的监测起着重要的作用。第一次测量的结果与一些考虑和展望。
2009-06-18 physics.ins-det
A pressurized argon gas TPC as DUNE near detector
DUNE是一个新的中微子物理和核子衰变研究的国际实验。它将由两个相距约1300公里的探测器组成，暴露在费米实验室建造的多兆瓦中微子束下。两个探测器中的一个将安装在中微子产生点下游几百米处，其主要作用是表征束流的能谱和成分，并对中微子截面进行精确测量。对于这种所谓的近探测器的设计，DUNE合作组织正在考虑采用加压氩气时间投影室等技术。这样的探测器，由于其低密度和低检测阈值，将允许在氩中详细测量中微子相互作用顶点处的核效应，这被认为是目前中微子振荡测量的最重要的系统不确定性来源之一。
2016-10-25 hep-ex physics.ins-det
Scintillation light detection in the 6-m drift length ProtoDUNE Dual Phase liquid argon TPC
深地下中微子实验（DUNE）是长基线中微子振荡研究、中微子天体物理学和核子衰变研究的前沿实验。ProtoDUNE-Dual Phase（DP）是一个6x6 x6 m $^3$液氩时间投影室（LArTPC），于2019-2020年在CERN中微子平台上运行，作为DUNE远探测器的原型。在ProtoDUNE-DP中，LArTPC中宇宙μ子产生的闪烁和电致发光由放置在离电离轨道7米远的光电倍增管收集。在本文中，我们提出了性能的ProtoDUNE-DP光子探测系统，比较不同的波长移动技术和使用的氙掺杂LAr作为一个有前途的选择，为未来的大型LArTPC。闪烁光的产生和传播过程进行了分析，并与模拟进行了比较，提高了对液态氩特性的理解。
2021-11-18 hep-ex physics.ins-det
Performance study of the effective gain of the double phase liquid Argon LEM Time Projection Chamber
大电子倍增器（LEM）是双相液氩TPC的关键部件。从液体中提取的漂移电荷在87 K纯氩蒸气中位于液体上方半厘米处的LEM中被放大。LEM的特征在于孔周围的电介质边缘的尺寸、LEM绝缘体的厚度、孔的直径以及它们的几何布局。通过在漂移21 cm的双相液氩TPC中测试具有10 $\times$ 10 cm $^2$的活性面积的七个不同LEM来检查那些设计参数对放大的影响。我们研究了它们的最大可达增益和收集的电荷的均匀性，以及长期稳定性的增益的影响方面的响应。我们表明，我们可以达到约150的最大增益，这对应于约800的信噪比（$S/N$）的最小电离粒子（MIP）信号3毫米读出条。我们还可以得出结论，LEM孔附近的电介质表面充电的时间常数不同，这取决于它们的设计参数。我们的研究结果表明，LAr LEM TPC是一个强大的概念，是很好理解的，非常适合在超纯低温环境中运行，可以匹配未来的大规模液氩探测器的目标。
2014-12-14 physics.ins-det
Muon-induced background to proton decay in the $p \rightarrow K^{+}ν$ decay channel with large underground liquid argon TPC detectors
LBNE和LAGUNA-LBNO等大型液氩TPC探测器计划将能够测量质子寿命，其性能将优于质子衰变通道$p \rightarrow K^{+}ν$中的切伦科夫探测器。在为这种实验所建议的大深度处，宇宙成因μ子簇中可能产生一个不可忽略的孤立带电K介子源。我们提出了一个宇宙成因μ介子背景质子衰变的$p \rightarrow K^{+}ν$通道的估计。在MUSIC框架下模拟了μ子向4km深度的输运，并利用Geant 4软件模拟了μ子和次级粒子向20 kt LAr圆柱靶的输运。考虑100年的暴露时间，根据我们的模拟预测，在90 $\%$ CL下，$< 0.0012$事件率/kt/年。
2015-04-24 hep-ex physics.ins-det
Benchmarking TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
来自液态氩的闪烁光在128 nm处产生，因此在用于液态氩时间投影室（LArTPC）的光检测系统中必须被移位到可见波长。迄今为止，设计已经在光电倍增管（PMT）上或放置在PMT前面的板上采用了四苯基丁二烯（TPB）涂层。最近，提出了一种使用TPB涂覆的光导的新方法。在本文中，我们表明，在紫外线透射（UVT）丙烯酸基质中涂有TPB的光导的响应与使用聚苯乙烯（PS）基质的涂层非常相似。我们获得了三个更高的光输出比以前报道的光导的一个因素。本文提供了有关光导响应的信息，以便在未来的LArTPC模拟中对这些信息进行建模。本文还确定了光导响应的潜在改进的研发领域
2014-03-02 hep-ex physics.ins-det
A Novel Cosmic Ray Tagger System for Liquid Argon TPC Neutrino Detectors
费米实验室的短基线中微子（SBN）计划旨在利用其三个探测器（SBND，MicroBooNE和ICARUS-T600）观察和重建数千个中微子-氩相互作用，使用数百吨液态氩时间投影室执行丰富的物理分析计划，特别是专注于寻找无菌中微子。由于探测器的深度相对较浅，穿过其体积的宇宙射线粒子的连续通量引入了一个恒定的背景，该背景可能被错误地识别为感兴趣事件的一部分。在这里，我们提出了宇宙射线标签（CRT）系统，一种新的技术来标记和识别这些交叉粒子使用闪烁模块，测量它们的时间和坐标相对于事件内部的中微子探测器，因此减轻其影响的事件跟踪重建。
2016-12-14 hep-ex physics.ins-det
On the determination of the interaction time of GeV neutrinos in large argon gas TPCs
本文研究高压氩气光学读出TPC对GeV中微子相互作用的时间标记能力，通过端到端光学模拟证明可从初级闪烁信号以1-2.5 ns精度重建5 MeV以上事例时间，为下一代中微子振荡实验提供可行方案。
2024-11-20 physics.ins-det
Improved TPB-coated Light Guides for Liquid Argon TPC Light Detection Systems
在用于液氩时间投影室（LArTPC）的光探测系统中，必须将液氩（LAr）中产生的闪烁光从128 nm移至可见波长。迄今为止，LArTPC光收集系统已经在光电倍增管（PMT）或放置在PMT前面的板上采用了四苯基丁二烯（TPB）涂层。最近，提出了一种使用TPB涂覆的光导的新方法。在本文中，我们报告了在空气中测量时具有超过100 cm的改进衰减长度的光导。这是为未来LArTPC开发米级光导的重要一步。改进来自于使用一种新的丙烯酸基涂料，钻石抛光铸造紫外线传输丙烯酸酒吧，和手工浸渍技术，以涂层酒吧。我们讨论了一个模型，连接杆在空气中的响应，在液态氩中的响应，并比较这在液态氩中采取的数据。模型的预测和测量的响应之间的良好的协议，在液态氩表明，在空气中的表征是足够的棒材生产的质量控制。该模型可用于未来实验的光波导模拟。
2015-03-25 hep-ex physics.ins-det
Overhaul and Installation of the ICARUS-T600 Liquid Argon TPC Electronics for the FNAL Short Baseline Neutrino Program
ICARUS T600液氩（LAr）时间投影室（TPC）于2016-2017年在CERN进行了大修，为FNAL在短基线中微子（SBN）计划中的运行做准备。这包括对光电倍增管系统和TPC有线读出电子设备进行重大升级。完整的TPC线读出电子连同新的线偏置和互连方案进行了描述。新的信号馈通法兰的设计也是此次大修的基础部分，其主要特点是将所有电子元件集成到信号法兰上。还描述了FNAL T600探测器中安装的完整TPC电子链的初始功能测试。
2020-11-25 hep-ex physics.ins-det
Geometry-driven impact of photosensor placement on S2-based XY reconstruction in a dual-phase argon TPC
Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
研究探讨了光电传感器布局对双相氩时间投影室中S2基XY重建的影响，通过几何学分析揭示了探测器几何参数优化的重要性。
2026-02-09 hep-ex physics.ins-det
The GAP-TPC
世界范围内已经进行了几项实验，目的是在超灵敏、低背景探测器中观察由WIMP散射靶核引起的低能核反冲。在过去的几十年里，为寻找WIMP形式的暗物质而设计的惰性液体探测器在提高灵敏度和设定最佳极限方面非常成功。大尺寸（多吨级）液氩实验的发展所面临的关键问题之一是缺乏可靠的和低本底的低温光电倍增管：其固有的放射性，成本和边界性能在87 K排除他们作为一个可能的候选人的光电传感器。本文提出了一种全新的液态氩基探测器的概念：盖革雪崩光电二极管时间投影室（GAP-TPC），该探测器在探测器的剩余放射性、能量和空间分辨率、光和电荷收集效率等方面进行了优化
2016-01-06 physics.ins-det
A steerable UV laser system for the calibration of liquid argon time projection chambers
一些液态氩时间投影室（LAr TPC's）正在建造或建议用于长基线和短基线束的中微子实验。对于这些探测器，由于几何或物理原因导致的漂移场的失真可能会影响事件的重建。根据TPC的几何形状和电漂移场强度，这种失真可能与漂移场本身具有相同的幅度。最近，我们提出了一种方法来校准漂移场和纠正这些可能的失真。虽然直线宇宙射线μ子轨道可以用于校准，但多重库仑散射和动量不确定性只允许有限的分辨率。相反，UV激光器可以在液态氩中产生直的电离轨道，并允许人们沿着TPC内体积中的不同路径映射漂移场。在这里，我们提出了一个紫外激光馈通设计与可操纵的紫外镜浸没在液体氩气中，可以指向激光束在许多位置通过TPC。直线电离路径对漂移场失真敏感，这些失真与线性光学路径的拟合允许提取漂移场，通过使用沿着整个TPC体积的这些激光轨迹，可以获得3D漂移场图。紫外激光馈通组件是该系统的原型，将用于费米国家加速器实验室（FNAL）的MicroBooNE实验。
2014-10-04 hep-ex physics.ins-det
First tests of a Micromegas TPC in a magnetic field
自2003年夏天以来，大型Micromegas TPC原型（1000个通道，50 cm漂移，50 cm直径）已在Saclay的2T超导磁体中运行。本文介绍了这种装置和宇宙射线试验的初步结果。使用更简单的探测器与激光源，X射线枪和放射性源的额外的测量进行了讨论。介绍了Micromegas TPC的漂移速度和增益测量、电子附着和老化研究。特别是，使用模拟和测量，它表明，一个$Argon-CF_4$混合物是最佳的操作在未来的直线对撞机。
2004-12-10 physics.ins-det
